人教版物理选修3-4第十二章机械波第一节

1 波的形成和传播学习目标1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程. 2.知道横波和纵波的概念. 3.知道机械波传播的特点一、波的形成和传播导学探究如图1所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动(1)红色标记做什么运动？(2)为什么会看到凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动？图1答案(1)红色标记做上下振动(2)绳子一端振动，带动绳子上相邻部分振动，依次逐渐引起整个绳子振动，由于后面的点总是比前面的点的振动落后，所以会看到凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动知识梳理波的形成原因：以绳波为例(如图2所示)图21可以将绳分成许多小部分，每一部分看做一个质点2在无外来扰动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置3由于外来的扰动，会引起绳中的某一质点振动，首先振动的那个质点称为波源4由于绳中各质点之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，周围质点又依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播即学即用判断下列说法的正误(1)质点的振动位置不断转换即形成波()(2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动()(3)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动()二、横波和纵波导学探究如图3所示的绳波中，质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？如图所示的弹簧波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？ 图3答案垂直平行知识梳理对横波和纵波的理解 横波纵波概念在波动中，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上介质机械横波只能在固体介质中传播在固体、液体和气体介质中均能传播特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部即学即用 判断下列说法的正误(1)质点振动的方向与传播的方向垂直的波是横波()(2)质点振动的方向与传播的方向在同一直线上的波是纵波()(3)声波是一种横波()(4)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向相同()(5)横波一定有波峰和波谷，而且波峰和波谷是相互间隔的()三、机械波及其特点导学探究思考关于绳子上形成的横波和弹簧上形成的纵波，回答下列问题：(1)要形成机械波需要满足什么条件？ (2)绳子上的某点和弹簧上的某点做什么运动？它们有没有随着波的传播方向迁移？(3)绳子或弹簧上沿着波的传播方向，后面的点和前面的点的振动有什么相同点和不同点？(4)机械波由近及远传播，你认为它在传播什么？答案(1)介质和波源(2)机械振动，没有移动(3)相同点：所有点均做同频率的机械振动不同点：后面的点总比前面的点的振动落后(4)传播机械振动这种运动形式、传递能量或传递某种信息知识梳理机械波及其特点1介质波借以传播的物质叫做介质组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动2机械波产生的条件(1)要有波源(2)要有传播振动的介质3机械波的特点(1)前面质点带动后面质点的振动，后面质点重复前面质点的振动，并且离波源越远，质点的振动越滞后(2)各质点振动周期都与波源振动周期相同(3)介质中每个质点的振动方向都和波源的起振方向相同(4)波传播的是振动这种形式，而介质的每个质点只在自己的平衡位置附近振动，并不随波迁移(5)波在传播“振动”这种运动形式的同时，也在传递能量，而且可以传递信息即学即用 判断下列说法的正误(1)形成机械波一定要有振源和介质()(2)振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同()(3)横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移()(4)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动()(5)机械波的传播过程也就是能量的传递过程()一、机械波的特点波动过程中介质中各质点的运动规律波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述：(1)先振动的质点带动后振动的质点；(2)后振动的质点重复前面质点的振动；(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点概括起来就是“带动、重复、落后”例1(多选)如图4所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经质点1开始振动，则下列说法中正确的是()图4A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后D只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动答案ACD解析从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7在质点8的前面，两质点的振动步调相差，故C正确；质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，故D正确针对训练1(多选)关于机械波的说法中，正确的是()A各质点都在各自的平衡位置附近振动B相邻质点间必有相互作用力C前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定滞后于前一质点D各质点随波的传播而迁移答案ABC解析波源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移二、振动与波的关系波动和振动的区别与联系(1)区别研究对象不同振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动，是单个质点的“个体行为”；波动是振动在介质中的传播，是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”力的来源不同产生振动的回复力，可以由作用在物体上的各种性质的力提供；而引起波动的力，则总是联系介质中各质点的弹力运动性质不同振动是质点的变加速运动；而波动是匀速直线运动，传播距离与时间成正比(2)联系振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动波动的性质、频率和振幅与振源相同例2(多选)关于振动与波的关系，下列说法中正确的是()A振动是波的成因，波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点振动的速度D波源停止振动时，波立即停止传播答案AB解析机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动、由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间发生周期性地变化，选项C错误；介质中一旦形成了波，介质中的质点就会将“振动”这种运动形式由近及远地向外传播，当波源停止振动时，介质中已经振动起来的质点还在振动，所以波将继续传播，选项D错误针对训练2(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是()A机械振动就是机械波，机械波就是机械振动B有机械波，则一定有机械振动C机械波就是质点在介质中的运动路径D在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅答案BD解析机械振动在介质中的传播即机械波，A错；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C错；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D对三、由波的传播方向确定质点的振动方向“带动法”分析质点的振动方向机械波由近及远的传播过程是振动情况由近及远的传播过程，对于横波来说(一般研究的是横波)是平衡位置、波峰、波谷由近及远的传播过程因此，在分析质点的振动方向时，可采用带动法分析，即前面的质点带动后面质点的运动，后面的质点重复前面质点的运动具体方法是：找出该质点前面相邻的特殊位置(平衡位置、波峰或波谷)，下一时刻该质点将达到这些特殊位置即这些特殊位置的振动情况将传到该质点，由此可以判断出质点的振动情况同理，根据某质点的振动方向，采用此方法也可以判断波向哪个方向传播例3如图5所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d、h质点这一时刻的速度方向图5答案见解析图解析由波的形成特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动状态总是滞后于前面的质点此题中质点c和g此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言若以此时最大位移处的c点为参照点，由波的形成特点知d点的振动滞后于c点，要追随移动到最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振动比c超前，已从负的最大位移处回振，所以速度方向向上；a超前于b，已回到平衡位置，速度最大，方向也向上；同理以g为参照点，可知h点速度方向向上，速度方向如图所示例4如图6所示，是某绳波形成过程的示意图质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动2、3、4各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端已知t0时，质点1开始向上运动，t时，质点1到达最上方，质点5开始向上运动问：图6(1)t时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t时，质点8、12、16的运动状态如何？(3)tT时，质点8、12、16的运动状态如何？答案见解析解析各质点在各时刻的运动情况，如图甲、乙、丙所示(1)由图甲可知，t时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动(2)由图乙可知，t时，质点8正在向下振动，质点12正在向上振动，质点16未振动(3)由图丙可知，tT时，质点8、12正在向下振动，质点16正在向上振动根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质点振动，后面质点总是落后于前面质点的振动，每一个质点都在自己的平衡位置附近振动，正确画出各时刻的波形图，可以使问题变得更形象直观.1有关纵波与横波，下列说法中正确的是()A对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同B对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直C纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能D横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播答案B2振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t0时刻绳上形成的波形如图7所示规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是()图7答案B3(多选)如图8所示是做简谐振动绳子的一段，绳中有沿绳向右传播的一列机械波，则对于该时刻下列说法中正确的是()图8A图中第3点的速度方向向下B除第1点外，加速度最大的点是第5点C只有第3、7点的振动频率不同，其他点的振动频率都相同D各个点振动的周期都与波源振动的周期一样答案ABD解析由于绳波是横波且向右传播，介质中左边的质点带动右边的质点振动，故2、3、4质点向下振动，6、7质点向上振动，如题图时刻3、7两质点在平衡位置，速度最大，1、5两质点在最大位移处，加速度最大，故A、B对；各质点的振动周期(或频率)由波源决定，并且是相等的，故C错，D对一、选择题1(多选)关于机械波在传播过程中的特点，以下说法正确的是()A后振动的质点总是重复前一个带动它振动的质点的振动B纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C介质中的各个质点只在自己的平衡位置附近振动D机械波的传播必须有介质答案ACD解析机械波的传播过程是波源振动形式的传播过程，介质中各质点在自己的平衡位置附近振动，不随波迁移A、C、D正确，B错误2一小石子落入平静的湖面中央，圆形波纹一圈圈向外传播，有一片树叶落在水面上，则树叶()A逐渐漂向湖心B逐渐漂向湖畔C上下振动D沿树叶所在的圆圈做圆周运动答案C3(多选)关于机械波的说法正确的是()A相邻的质点要相互做功B纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D除波源外，波中各质点都做受迫振动答案ACD解析机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前、后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；无论是横波还是纵波，波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此B错；波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确4(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是()A物体做机械振动，一定产生机械波B后振动的质点总是跟着先振动的质点振动，只是时间上落后一步C参与振动的质点都有相同的频率D机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递答案BC解析机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质，物体做机械振动，若其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做简谐振动，并不随波迁移，离波源较远处的质点振动的能量，是通过各质点的传递从波源获得的，故D选项错误5科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹，在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为()A月球太冷，声音传播太慢B月球上没有空气，声音无法传播C宇航员不适应月球，声音太轻D月球上太嘈杂，声音听不清楚答案B解析由于声波是机械波，而机械波的传播必须有介质，可是月球上没有，所以声音无法传播6. (多选)一列横波沿水平方向传播，某一时刻的波形如图1所示，则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是()图1Aa和c Ba和dCb和c Db和d答案BC解析若波向右传播，则a、d向上振动，b、c向下振动；若波向左传播，则a、d向下振动，b、c向上振动7.如图2所示是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是()图2A向左 B向右C向下 D向上答案D解析由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由题图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B点此时正向上振动，所以波源A点刚开始的振动方向向上，选项D正确8. (多选)一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图3所示，a、b、c为三个质点，a正向上运动由此可见()图3A该波沿x轴正方向传播Bc正向上运动C该时刻以后，b比c先到达平衡位置D该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处答案AC解析由波传播的规律知质点的振动是由先振动的质点带动后振动的质点，由题图知a质点偏离平衡位置的位移，说明a质点左侧质点先于a质点振动，波是沿x轴正方向传播的，选项A正确质点c和质点a之间有一波谷，质点c振动方向与质点a振动方向相反，质点c向下运动，故选项B错误b质点正向着平衡位置运动，故b比c先到达平衡位置，选项C正确c比b先到达偏离平衡位置的最远处，选项D错误9如图4是某绳波形成过